Джеймс трефил
| Вид материала | Закон |
- Джеймс А. Дискретная математика и комбинаторика [Текст] / Джеймс А. Андерсон, 42.79kb.
- Джеймс блиш города в полете 1-4 триумф времени вернись домой, землянин жизнь ради звезд, 10495.38kb.
- Джеймс Н. Фрей. Как написать гениальный роман, 2872.12kb.
- Мюриел Джеймс, Дороти Джонгвард, 4810.7kb.
- Кен Арнольд Джеймс Гослинг, 5058.04kb.
- Джеймс Джодж Бойл. Секты-убийцы (Главы из книги) Перевод с английского Н. Усовой, 844.92kb.
- Джеймс Хэрриот, 3697.74kb.
- В. К. Мершавки Доктор Джеймс Холлис известный юнгианский аналитик, директор Центра, 1972.4kb.
- В. К. Мершавки Доктор Джеймс Холлис известный юнгианский аналитик, директор Центра, 5237.48kb.
- Джеймс Боллард, 2244.23kb.
ТЕРРИТОРИАЛЬНОСТЬ У ЖИВОТНЫХ
1926
1934
ОТНОШЕНИЯ ХИЩНИК—ЖЕРТВА
1966
ПРИНЦИП КОНКУРЕНТНОГО ИСКЛЮЧЕНИЯ
ТЕОРИЯ
ОПТИМАЛЬНОГО
1970-е
ФУРАЖИРОВАНИЯ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕСУРСОВ
Мысль о том, что животные защищают территорию, которую они используют для выведения потомства, поиска пищи или спаривания, была впервые высказана малоизвестным английским птицеводом по имени Генри Элиот Говард (Henry Eliot Howard). Изучив множество различных видов птиц, он заметил, что самцы некоторых видов, обосновавшись в каком-то месте, изгоняли с этих участков других самцов этого вида, когда они туда забредали. Он также заметил, что эти участки привлекали самок этого вида и что там происходило спаривание и гнездование. Со времени этого открытия явление территориальности было отмечено у многих видов. Пара, закрепившая за собой территорию (Говард ввел этот термин в словарь поведения животных в 1920-е годы), имеет больше шансов найти себе достаточное количество пищи и может спокойно делать все необходимое для выведения потомства.
Территориальность у разных видов проявляются по-разному. Одни используют территорию для спаривания, выведения потомства, а также добывания пищи, другие — для спаривания и выведения потомства, добывание же пищи ведется на территории сообщества, третьи — только для спаривания. Выражение stamping ground (от англ. stamp — «бить копытом») — «пристанище» (например, говорят I'm glad to be back in my old stamping ground — «Я счастлив вернуться в свое пристанище») — произошло от поведения копытных, таких как олени или некоторые виды антилоп. Самцы этих животных во время сезона спаривания, заняв территорию, бьют копытом, сообщая об этом самкам.
Границы территорий могут быть незаметны для нас, людей, но они четко распознаются животными, которые их устанавливают. В норме самцы защищают свои границы от вторжений других самцов, хотя территориальные стычки редко переходят в борьбу не на жизнь, а на смерть. Похоже, это правило действует для всех — от птиц до рыб: как только границы установлены, самцам на чужую территорию хода нет.
1976
ТЕОРЕМА
О МАРГИНАЛЬНЫХ
ЗНАЧЕНИЯХ
АЛАН МАТИСОН ТЬЮРИНГ (Alan Mathison Turing, 1912-54) — английский математик. Родился в Лондоне, учился в Кембридже (Великобритания) и Прин-стоне (США). Был пионером в области теории вычислительной математики, ввел понятие машины Тьюринга — идеальной цифровой вычислительной машины. Во время Второй мировой
Тест
Тьюринга
•
1950
Если компьютер может работать так, что человек не в состоянии определить, с кем он общается — с другим человеком или с машиной, считается, что он прошел тест Тьюринга
ТЕСТ ТЬЮРИНГА
Разумные, подобные человеку машины на протяжении многих десятилетий были одной из основных тем научно-фантастических произведений (см. три закона робототехники). С момента зарождения современной вьгчислительной техники умы людей занимал вопрос: можно ли построить машину, которая могла бы в чем-то заменить человека. Попыткой создать твердую эмпирическую почву для решения этого вопроса и стал тест, разработанный Аланом Тьюрингом.
Первый вариант теста, опубликованный в 1950 году, был несколько запутанным. Современная версия теста Тьюринга представляет собой следующее задание. Группа экспертов общается с неизвестным существом. Они не видят своего собеседника и могут общаться с ним только через какую-то изолирующую систему — например, клавиатуру. Им разрешается задавать собеседнику любые вопросы, вести разговор на любые темы. Если в конце эксперимента они не смогут сказать, общались ли они с человеком или с машиной, и если на самом деле они разговаривали с машиной, можно считать, что эта машина прошла тест Тьюринга.
Нет нужды говорить, что сегодня ни одна машина не может даже близко подойти к тому, чтобы пройти тест Тьюринга, хотя некоторые из них весьма неплохо работают в очень ограниченной области. Предположим тем не менее, что в один прекрасный день машина все-таки сможет пройти этот тест. Будет ли это означать, что она разумна и обладает интеллектом?
Джон Р. Сирл (John R. Searle, р. 1932), преподаватель философии Калифорнийского университета в Беркли, разработал воображаемую систему, которая показывает, что ответ на этот вопрос отрицательный. Эта система под названием «Китайская комната» работает следующим образом. Вы сидите в комнате. В стене этой комнаты есть две щели. Через первую щель вам передают вопросы, написанные по-китайски. (Предполагается, что вы, как и Джон Сирл, не знаете китайского. Если это не так, выберите какой-нибудь другой язык, неизвестный вам.) Затем вы просматриваете книги с инструкциями типа: «Если вы получили такой-то набор символов, напишите на листке бумаги такой-то (отличный от исходного) набор символов и передайте его обратно через другую щель».
Ясно, что если книги с инструкциями достаточно полны, «машина», состоящая из вас и комнаты, сможет пройти тест Тьюринга. При этом очевидно, что вам совсем не обязательно понимать, что вы делаете. По мнению Сирла, это показывает, что, даже если машина прошла тест Тьюринга, это еще не значит, что она разумна и обладает интеллектом.
войны работал криптографом в Блетчли-Парке — секретном учреждении правительства Великобритании, созданном для раскрытия кода немецкой военной шифровальной машины «Энигма». После войны, будучи снят со своей научной должности и подвергаясь преследованиям из-за гомосексуальных наклонностей, покончил с собой.
Точка Кюри
Ферромагнитные свойства вещества проявляются лишь при температурах ниже точки Кюри
1600 • магнетизм
1820 • закон ампера
1895 • ТОНКА Кюри
1895 • закон кюри
Подавляющее большинство атомов обладает собственным магнитным полем. Практически любой атом можно представить в виде крошечного магнитика с северным и южным полюсами. Этот магнитный эффект объясняется тем, что электроны при движении по орбитам вокруг атомного ядра создают микроскопические электрические токи, которые и порождают магнитные поля (см. открытие эрстеда). Сложив магнитные поля, индуцируемые всеми электронами атома, мы получим суммарное магнитное поле атома.
В большинстве веществ магнитные поля атомов ориентированы хаотично, в результате чего они взаимно гасятся. Однако в некоторых веществах и материалах (прежде всего в сплавах, содержащих железо, никель или кобальт) атомы упорядочиваются так, что их магнитные поля направлены в одну сторону и усиливают друг друга. В результате кусочек такого вещества оказывается окружен магнитным полем. Из таких веществ, называемых ферромагнетиками, поскольку обычно они содержат железо, и получают постоянные магниты.
Чтобы понять, как образуются ферромагнетики, представим себе кусок раскаленного железа. Из-за высокой температуры атомы в нем движутся очень быстро и хаотично, не оставляя возможности для упорядочения атомных магнитных полей в одном направлении. Однако по мере понижения температуры тепловое движение ослабевает и начинают преобладать другие эффекты. В железе (и некоторых других металлах) на атомном уровне действует сила, стремящаяся объединить магнитные диполи соседних атомов друг с другом.
Эта сила межатомного взаимодействия, получившая название обменной силы, была впервые описана Вернером Гейзенбергом (см. принцип неопределенности гей зенб ер га ). Она обусловлена тем, что два соседних атома могут обмениваться внешними электронами и эти электроны начинают принадлежать одновременно обоим атомам. Обменная сила прочно связывает атомы в кристаллической решетке металла и делает их магнитные поля параллельными и направленными в одну сторону. В результате упорядоченные магнитные поля соседних атомов взаимно усиливаются, а не гасятся. И такой эффект может наблюдаться в объеме вещества порядка 1 мм3, в котором содержится до 1016 атомов. Атомы такого магнитного домена (см. ниже) выстроены таким образом, что мы имеем чистое магнитное поле.
При высоких температурах действию этой силы мешает тепловое движение атомов, при низких же температурах атомные магнитные поля могут усиливать друг друга. Температура, при которой происходит этот переход, называется точкой Кюри металла — в честь открывшего ее французского физика Пьера Кюри.
В реальности структура ферромагнетиков гораздо сложнее, чем описано выше. Обычно отдельные домены включают всего несколько тысяч атомов, магнитные поля которых однонаправ-ленны, однако поля различных доменов направлены беспорядочно и по совокупности материал не намагничен. Поэтому обычный
кусок железа магнитных свойств не проявляет. Однако при определенных условиях упорядочиваются и магнитные поля доменов, из которых состоит ферромагнетик (например, при остывании раскаленного железа в сильном магнитном поле). И тогда мы получаем постоянный магнит. Наличие точки Кюри объясняет также, почему при сильном нагревании постоянного магнита в какой-то момент происходит его полное размагничивание.
МАРИЯ СКЛОДОБСКАЯ-КЮРИ
(Marie Sklodowska Curie, 1867-1934) — польский, затем французский химик. Родилась в Варшаве в интеллигентской семье. Учась в школе, помогала матери содержать пансион, прислуживая в нем в качестве горничной. После окончания школы какое-то время работала гувернанткой в состоятельных семьях, чтобы заработать средства на получение медицинского образования для своей сестры. На этот период приходится расстроенная родителями жениха помолвка Склодовской с юношей из семьи, где она прислуживала (родители сочли такой брак их сына недостойным их социального положения и упустили блестящую возможность улучшить свой фамильный генофонд). После получения ее сестрой медицинского образования в Париже туда же оправилась учиться и сама Склодовская.
Блестящие результаты вступительных экзаменов по физике и математике привлекли к молодой полячке пристальное внимание ведущих французских ученых. Результатом стала ее помолвка в 1894 году с Пьером Кюри и брак с ним, заключенный в следующем году. В те годы исследования явления радиоактивности только начинались и работы в этой области был непочатый край. Пьер и Мария Кюри занялись извлечением радиоактивных образцов из руд, добываемых в Богемии, и их исследованием. В результате супругам удалось открыть сразу несколько новых радиоактивных элементов (см. РАДИОАК-тивный распад), один из которых был назван кюрием в их честь, а еще один — полонием в честь родины Марии. За эти исследования супруги Кюри были совместно с Анри Бекке-релем (Henri Becquerel, 1852-1908), открывшим рентгеновские лучи, удостоены Нобелевской премии по физике за 1903 год. Именно Мария Кюри первой ввела в употребление термин «радиоактивность» — по названию первого открытого Кюри радиоактивного элемента радия.
После трагической гибели Пьера в 1906 году Мария Кюри отказалась от предложенной Сорбоннским университетом пенсии и продолжила исследования. Ей удалось доказать, что в результате радиоактивного распада происходит трансмутация химических элементов, и тем самым положить начало новой отрасли естественных наук — радиохимии. За эту работу Мария Кюри была удостоена Нобелевской премии по химии за 1911 год и стала первым ученым — дважды лауреатом самой престижной премии за достижения в естественных науках. (В том же году Парижская академия наук отклонила ее кандидатуру и не приняла Марию Кюри в свои ряды. Видимо, двух Нобелевских премий господам академикам показалось недостаточно для преодоления своей склонности к дискриминации по национальному и гендерному признаку.)
В годы Первой мировой войны Мария Кюри занималась активными прикладными медицинскими исследованиями, работая на фронте с портативной рентгеновской установкой. В 1921 году в Америке была открыта подписка на сбор средств на покупку для Марии Кюри 1 грамма чистого радия, который был ей необходим для дальнейших исследований. В ходе ее триумфальной поездки по Америке с публичными лекциями ключик от шкатулки с драгоценным радиоактивным металлом был вручен Кюри самим президентом США Уорреном Хардингом (Warren Harding).
Последние годы жизни Мария Кюри были заполнены важными международными инициативами в области науки и медицины. В начале 1930-х годов здоровье Марии Кюри резко ухудшилось — сказались огромные дозы радиоактивного облучения, полученные ею в процессе многолетних экспериментов, и в 1934 году она скончалась во французском альпийском санатории.
ПЬЕР КЮРИ (Pierre Curie, 1859-1906 — французский физик. Родился в Париже в семье видного врача. Получил домашнее образование. Первоначально изучал фармакологию в Сорбонне, однако очень скоро увлекся естественнонаучными экспериментами с кристаллами, которые проводил его брат Жак, и со временем стал директором Школы физики и химии (École de Physique et Chimie). В 1895 году женился на Марии Склодовской и в том же году защитил докторскую диссертацию
по магнитным свойствам парамагнетиков (см. закон кюри). Вместе с супругой в тяжелейших рабочих условиях проводил в Школе опыты по изучению свойств радиоактивных веществ. В 1904 году получил назначение на пост профессора физики и директора лаборатории (вскоре преобразованной в Институт радия) Сорбонны. В апреле 1906 года Пьер Кюри погиб в результате нелепого несчастного случая, попав под колеса извозчика. Он даже не успел завершить оборудование своей новой лаборатории.
Три закона робототехники
Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред
Робот обязан выполнять команды человека, если они не противоречат первому закону
Робот обязан делать все необходимое для обеспечения своей безопасности, при условии, что это не противоречит первому или второму закону
Под «законами» я здесь понимаю нечто иное, чем в других статьях, составляющих эту книгу. Законы робототехники — вымысел, плод богатого воображения покойного Айзека Азимова, воплощенный в его классической серии научно-фантастических рассказов о роботах*. В рассказах Азимова эти три закона заложены в «позит-ронный мозг» каждого робота, и их интерпретация часто тесно связана с сюжетом рассказа.
Последние несколько лет я много беседовал с исследователями мозга, искусственного интеллекта и природы сознания. Меня поразило то, как часто в наших беседах затрагивались эти вымышленные законы. Я думаю, дело в том, что, хотя человечество пока не научилось строить роботов, выполняющих придуманные Азимовым законы, все согласны, что именно эти принципы должны определять поведение умных машин.
АЙЗЕК АЗИМОВ (Isaac Asimov, 1920-92) — американский фантаст и популяризатор науки. Он родился в местечке Петровичи под Смоленском (сейчас оно находится в Белоруссии) и эмигрировал с семьей в Америку в трехлетнем возрасте. В 1941 году он получил степень магистра, окончив химический факультет Колумбийского университета, а в 1948 году, после работы над военными проектами, получил докторскую степень. В следующем году он стал профессором
Поэтому мне кажется, что чем более совершенные механизмы, имитирующие действия и поступки людей, мы научимся создавать, тем большую роль будут играть в нашей жизни три закона, выдуманные Азимовым.
биохимии Бостонского университета. Некоторое время Азимов совмещал работу в университете с трудом писателя-фантаста, однако второе занятие со временем стало основным. Наиболее известные научно-фантастические работы Азимова входят в серию романов о будущем «Основание» (Foundation), посвященных Галактической империи. Азимов был необычайно плодовитым писателем — из-под его пера вышли почти 500 книг на самые разные темы.
* В этих рассказах текст законов робототехники цитируется по 56-му изданию «Справочника по робототехнике» (Handbook of Robotics), вышедшего в 2058 году. Азимов утверждал, что эта формулировка законов предложена его редактором Джоном Кэмпбеллом (John W. Campbell).
Триединый мозг
1809
Мозг развивался путем наращивания эволюционных слоев — вначале «рептильный слой», затем «слой млекопитающих» и наконец «человеческий»
ЛАМАРКИЗМ
ок. 1850 СОЦИАЛЬНЫЙ ПАРВИНИЗМ
1859
ПАРВИНИЗМ
ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ
1899
ОНТОГЕНЕЗ ПОВТОРЯЕТ ФИЛОГЕНЕЗ
сер. XX ТРИЕДИНЫЙ МОЗГ
В середине ХХ века в умах бытовало довольно своеобразное представление об устройстве мозга. Считалось, что человеческий мозг развивался путем нарастания слоев — подобно кольцам на древесном срезе. Расположенные в самом основании мозга мозжечок и ствол должны были отвечать за основные функции, такие как равновесие и регуляция деятельности внутренних органов. Полагали, что это — «рептильная» часть мозга, наследство наших далеких предков. Находящийся выше средний мозг — средоточие чувства голода, полового возбуждения и т. п. Считалось, что это «слой млекопитающих». А над ним расположена кора головного мозга — область мыслей и высших психических функций, которые и отличают людей от прочих живых существ. Эта схема, известная под названием «триединый мозг», приобрела популярность благодаря Карлу Сагану (Carl Sagan, 1934-96) и его книге «Драконы Эдема» (1977).
В пользу теории триединого мозга говорит многое. Она проста, привлекательна и логична. К сожалению, это представление абсолютно неверно.
Во-первых, мозг человека хоть и отличается от мозга других животных, но не так, как считал Саган. Рыбий мозг отличается от человеческого по форме, но все части у них практически и те же. Мозг рыбы и мозг человека разнятся примерно как два автомобиля — существуют явные различия, но у обоих автомобилей есть колеса, двигатель, тормоза и т. п. Тот факт, что человек обладает большей интеллектуальной мощью, объясняется большими размерами коры у человека, но не тем, что у рыбы ее вовсе нет.
Во-вторых, работа мозга — это очень сложный процесс, который невозможно втиснуть в рамки такой простой модели. Сегодня мы знаем, что мозг состоит из многочисленных узкоспециализированных скоплений клеток и что его функционирование зависит от взаимосвязей этих центров друг с другом. Это понятие нередко передается выражением «общность ума».
На примере зрения рассмотрим, как группы нейронов взаимодействуют друг с другом. Первичная обработка входящего света происходит в сетчатке глаза. Сигналы от светочувствительных клеток направляются к специализированным нейронам (см. распространение нервных импульсов). Одни нейроны приходят в возбуждение, когда к ним поступает сигнал о светлом пятне на темном фоне; другие — когда воспринимают темное пятно на светлом фоне. Сигнал, идущий к мозгу, — это последовательность импульсов, которые представляют зрительный образ в виде последовательности темных и светлых пятен. (На самом деле в сетчатке происходит два вида обработки — одни клетки чувствительны к цвету, другие — к малым различиям в интенсивности света.)
Некоторые нейроны сетчатки связаны (говоря техническим языком, спроецированы на) с определенным участком теменной области мозга, функция которой—быстрое формирование смутной картины поля зрения и осуществление непроизвольной реакции,
если в поле зрения что-то происходит. Именно поэтому люди, находящиеся в комнате, автоматически поворачивают головы к двери, когда она открывается. Большинство сигналов от нейронов передаются к зрительной коре в затылочной области мозга. Там сигналы от разных частей сетчатки вновь собираются вместе (посредством процесса, который мы еще до конца не понимаем) в зрительный образ. Каждый нейрон в зрительной коре связан со многими нейронами в сетчатке. Эти корковые нейроны имеют узкую специализацию. Некоторые из них возбуждаются, только если в поле зрения появится горизонтальная линия, другие — только при появлении вертикальной линии и т.д. У этих нейронов есть проекция на другие отделы мозга, поскольку процесс воссоздания образа выходит на все более высокие уровни. Мы знаем, что в мозгу существуют специализированные нейроны, которые, например, будут возбуждаться только при виде звездочки; другие будут возбуждаться только при виде окружности с полоской внутри и т. п. Представление о том, как с помощью этих специализированных нейронов строится зрительный образ, ученые называют проблемой связывания. То есть нам важно понять, каким образом сигналы от нейронов связываются вместе для получения единого образа.
Этот вид специализации нейронов можно объяснить с точки зрения теории эволюции. Например, способность некоторых нервных импульсов от сетчатки напрямую запускать рефлекс, заставляющий нас подробнее оценить движение внешних объектов, давала очевидное преимущество организмам, живущим в недружелюбной окружающей среде. Быстрый взгляд помогал остаться в живых, если это движение исходило от приближающегося хищника.
Наличие такой специализации—еще и причина того, что многие ученые (включая автора) непоколебимо уверены, что мозг — не компьютер. Просто вычислительные машины работают совсем не так, как мозг, и каждая из них подходит для решения определенных задач (см. тест тьюринга). К примеру, даже небольшой компьютер превзойдет любого человека по способности считать и запоминать, но ни один ныне существующий компьютер не способен говорить, как пятилетний ребенок. Компьютер являет собой орудие труда (такое же, как молоток), помогающее людям в достижении их целей, и ничего более.
Ударные волны
•
1887
Если объект движется быстрее, чем волны, которые он порождает в среде, он возбуждает расходящийся позади него шлейф ударных волн
УДАРНЫЕ ВОЛНЫ
Любой объект, двигаясь в материальной среде, возбуждает в ней расходящиеся волны. Самолет, например, воздействует на молекулы воздуха в атмосфере. Из каждой точки пространства, где только что пролетел самолет, начинает во все стороны с равной скоростью расходиться акустическая волна в строгом соответствии с законами распространения волн в воздушной среде. Таким образом, каждая точка траектории движения объекта в среде (в данном случае самолета) становится отдельным источником волны со сферическим фронтом.
При движении самолета на дозвуковых скоростях эти акустические волны распространяются как обычные концентрические круги по воде, и мы слышим привычный гул пролетающего самолета. Если же самолет летит на сверхзвуковой скорости, источник каждой следующей волны оказывается удален по траектории движения самолета на расстояние, превышающее то, которое к этому моменту успел покрыть фронт предыдущей акустической волны. Таким образом, волны уже не расходятся концентрическими кругами, их фронты пересекаются и взаимно усиливаются в результате резонанса, имеющего место на линии, направленной под острым углом назад по отношению к траектории движения. И так происходит непрерывно в процессе всего полета на сверхзвуковой скорости, в результате чего самолет оставляет за собой расходящийся шлейф резонансных волн вдоль конической поверхности, в вершине которой находится самолет. Сила звука в этом коническом фронте значительно превышает обычный шум, издаваемый самолетом в воздухе, а сам этот фронт называется ударной волной. Ударные волны, распространяясь в среде, оказывают резкое, а иногда и разрушительное воздействие на материальные объекты, встречающиеся на их пути. При пролете неподалеку сверхзвукового самолета, когда конический фронт ударной волны дойдет до вас, вы услышите и почувствуете резкий, мощный хлопок, похожий на взрыв, — звуковой удар. Не бойтесь, это не взрыв, а результат резонансного наложения акустических волн: за долю мгновения вы слышите весь суммарный шум, изданный самолетом за достаточно длительный промежуток времени.
Конус фронта ударной волны называется конусом Маха. Угол ф между образующими конуса Маха и его осью (см. рисунок) определяется формулой:
sin ф = u/v,
где u — скорость звука в среде, v — скорость объекта. Отношение скорости движущегося объекта к скорости звука в среде называется числом Маха: M = v/u. (Соответственно, sin ф = 1/M.) Нетрудно видеть, что у самолета, летящего со скоростью звука, М = 1, а при сверхзвуковых скоростях число Маха больше 1.
Ударные волны возникают не только в акустике. Например, если элементарная частица движется в среде со скоростью, превы-
шающей скорость распространения света в этой среде, возникает ударная световая волна (см. излучение черенкова). По этому излучению физики сегодня выявляют элементарные частицы и определяют скорость их движения.